Delaminação de chip de alta fidelidade usando lasers femtosegundo verdes (515 nm)

Espiando os chips que fazem nosso mundo funcionar

A vida moderna depende de minúsculos chips semicondutores que silenciosamente alimentam aeronaves, dispositivos médicos, fábricas e eletrônicos do dia a dia. Quando esses chips falham, ou quando projetos antigos precisam ser copiados e verificados, engenheiros precisam descobrir e mapear suas fiações ocultas sem destruí‑las. Este estudo mostra como um laser “verde” extremamente rápido pode descamar as camadas de um chip com muito mais limpeza e controle do que métodos antigos, abrindo caminho para reparos mais confiáveis, verificações de segurança e investigações forenses de hardware crítico.

Por que abrir chips antigos importa

Muitos sistemas de longa vida — desde motores a jato até equipamentos hospitalares — ainda dependem de circuitos integrados cujos projetos originais se perderam e cujas peças de reposição não são mais fabricadas. Para manter esses sistemas operando, especialistas precisam fazer engenharia reversa dos chips, reconstruindo suas fiações metálicas enterradas para reproduzir ou avaliar o projeto. A mesma necessidade surge na fabricação de ponta, onde pequenos erros ou até adulterações durante a produção podem passar despercebidos e causar falhas ou riscos de segurança mais tarde. Todas essas tarefas dependem de um problema difícil: expor cada camada metálica interna de forma limpa, em grandes áreas, sem borrar ou apagar as características que se deseja estudar.

Limites das técnicas tradicionais de descamação

Abordagens mais antigas para remover camadas — como polimento mecânico, ataque químico e feixes de íons focalizados — são ou muito agressivas, ou muito lentas, ou muito caras para uso rotineiro em chips inteiros. Métodos mecânicos e químicos podem facilmente sulcar ou remover material de maneira desigual, enquanto feixes de íons oferecem precisão requintada apenas em regiões minúsculas e a passo de tartaruga. Mesmo a imagem por raios X não destrutiva geralmente carece da nitidez necessária para rastrear linhas metálicas microscópicas. Trabalhos anteriores com lasers infravermelhos ultrarrápidos indicaram um caminho melhor: usar pulsos de luz extremamente curtos para vaporizar material com menor dispersão de calor. Mas, como materiais diferentes de chips absorvem a luz infravermelha de maneiras muito distintas, essa abordagem frequentemente produzia remoção irregular, detritos remanescentes e fiações parcialmente danificadas, o que borrava justamente os detalhes que os engenheiros queriam ver.

Um bisturi verde mais preciso

Os autores enfrentaram esse desafio ao mudar para um laser verde com pulsos de apenas femtossegundos — milionésimos de bilionésimo de segundo. Nessa cor mais curta, a energia do laser acopla‑se de forma mais uniforme tanto em metais quanto em materiais isolantes, levando a uma remoção mais suave e controle mais fino da profundidade. Trabalhando em um microprocessador real com três camadas metálicas empilhadas, eles ajustaram cuidadosamente parâmetros chave como energia por pulso, taxa de repetição, velocidade de varredura e duração do pulso. Também reconheceram que nem todas as partes de um chip têm a mesma aparência: algumas áreas contêm linhas de energia amplas, outras grades densas de conexões minúsculas e ainda outras grandes pás de contato. Ao categorizar o chip em quatro tipos de região típicos, puderam ajustar suas receitas para que cada área fosse limpa sem ser escavada em excesso.

Duas maneiras de usar a luz verde

A equipe explorou dois fluxos de trabalho principais. No primeiro, um feixe infravermelho mais potente removia rapidamente o material em massa, e o laser verde então polia as superfícies expostas. Essa combinação melhorou a limpeza em comparação com o infravermelho sozinho, mas as passagens repetidas do infravermelho tendiam a corroer as linhas metálicas, desgastando‑as sutilmente. No segundo fluxo, o laser verde cuidava tanto da remoção quanto do polimento do início ao fim. Embora isso exigisse ajustes mais cuidadosos, resultou em superfícies notavelmente planas, com poucos detritos e características metálicas nítidas em grandes regiões, especialmente para a camada de fiação superior e boa parte da segunda camada a apenas um micrômetro abaixo. Microscópios confocais de alta resolução, microscópios eletrônicos e ferramentas de mapeamento elementar confirmaram que a abordagem somente verde expôs a geometria e a composição reais das fiações com dano mínimo.

O que isso significa para chips do mundo real

O estudo conclui que lasers femtosegundo verdes oferecem uma maneira poderosa e prática de “desempilhar” chips camada por camada com alta fidelidade. Em comparação com o uso exclusivo de luz infravermelha, a abordagem verde proporciona exposição das camadas metálicas mais limpa e mais uniforme ao mesmo tempo que preserva melhor sua forma — exatamente o que se precisa para engenharia reversa confiável, análise de falhas e auditorias de segurança. Algumas regiões especialmente intrincadas ainda representam desafios, mas os autores argumentam que afinar parâmetros, controle automatizado ou combinar o laser com ferramentas de acabamento ultrafinas pode elevar o desempenho ainda mais. Para engenheiros e especialistas em segurança, essa tecnologia promete uma janela mais rápida e mais confiável para a fiação oculta tanto de componentes legados envelhecidos quanto da microeletrônica mais avançada do futuro.

Citação: Anaei, M.T.M., Maniscalco, M., Choi, H. et al. High-fidelity chip delayering using green (515 nm) femtosecond lasers. Sci Rep 16, 5495 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35091-7

Palavras-chave: engenharia reversa de semicondutores, delaminação de chip por laser, laser femtosegundo verde, análise de falhas em microchips, imagens de circuitos integrados